Nitric oxide is involved in hydrogen gas-induced cell cycle activation during adventitious root formation in cucumber. | きゅうりの不定根形成中の水素による細胞周期の活性化にはＮＯが関与する

BMC Plant Biol. 2016 Jun 28;16(1):146. doi: 10.1186/s12870-016-0834-0.

Nitric oxide is involved in hydrogen gas-induced cell cycle activation during adventitious root formation in cucumber.

College of Horticulture, Gansu Agricultural University

Abstract

BACKGROUND:

Adventitious root development is a complex process regulated through a variety of signaling molecules. Hydrogen gas (H2) and nitric oxide (NO), two new signaling molecules are both involved in plant development and stress tolerance.

RESULTS:

To investigate the mechanism of adventitious root development induced by hydrogen-rich water (HRW), a combination of fluorescence microscopy and molecular approaches was used to study cell cycle activation and cell cycle-related gene expression in cucumber (Cucumis sativus ‘Xinchun 4’) explants. The results revealed that the effect of HRW on adventitious root development was dose-dependent, with maximal biological responses at 50 % HRW. HRW treatment increased NO content in a time-dependent fashion. The results also indicated that HRW and NO promoted the G1-to-S transition and up-regulated cell cycle-related genes: CycA (A-type cyclin), CycB (B-type cyclin), CDKA (cyclin-dependent kinase A) and CDKB (cyclin-dependent kinase B) expression. Additionally, target genes related to adventitious rooting were up-regulated by HRW and NO in cucumber explants. While, the responses of HRW-induced adventitious root development and increase of NO content were partially blocked by a specific NO scavenger 2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide potassium salt, NO synthase (NOS)-like enzyme inhibitor N(G) -nitro-L-arginine methylester hydrochloride, or nitrate reductase inhibitors tungstate and NaN3. These chemicals also partially reversed the effect of HRW on cell cycle activation and the transcripts of cell cycle regulatory genes and target genes related adventitious root formation.

CONCLUSIONS:

Together, NO may emerge as a downstream signaling molecule in H2-induced adventitious root organogenesis. Additionally, H2 mediated cell cycle activation via NO pathway during adventitious root formation.

BMC Plant Biol. 2016 Jun 28;16(1):146. doi: 10.1186/s12870-016-0834-0.

きゅうりの不定根形成中の
水素による細胞周期の活性化には
ＮＯが関与する

甘粛農業大学　園芸科

＜要旨＞

背景

不定根の伸長は非常に複雑なプロセスで、さまざまなシグナル分子によって制御を受けています。水素ガスと一酸化窒素（NO）という二つの新しいシグナル分子は、両方とも植物の成長やストレス耐性獲得に関与しています。

結果

高濃度水素水（HRW）による不定根伸長のメカニズムを調べるため、きゅうり（Xinchun4）の外植片を用いて、蛍光顕微鏡と分子手法を併用しました。これにより細胞周期の活性化と細胞周期関連遺伝子の発現が分かります。

その結果、HRWによる不定根伸長の効果は用量依存性であり、50％HRWで最大の効果を示しました。また、HRWにより時間依存的にNO値が上昇しました。また、HRWとNOはG1/S移行を促進し、細胞周期に関連する遺伝子をアップレギュレーションさせていることがわかりました。その遺伝子は、CycA（A型cyclin）、CycB（B型cyclin）、CDKA（cyclin依存性キナーゼA）、CDKB（cyclin依存性キナーゼB）の発現です。加えて、きゅうりの不定根に関連する標的遺伝子はHRWとNOによってアップレギュレートされていました。

一方、HRWによる不定根伸長反応とNO値の上昇は、特異的NO消去剤や硝酸還元酵素阻害剤とNaN3により一部阻害を受けました。これらの化学物質は同様に、HRWによる細胞周期活性化をはじめ、細胞周期制御遺伝子や不定根形成に関連する標的遺伝子の転写を一部抑制しました。